电力拖动自动控制系统第三版 课件 第5章可逆直流调速系统

直流电机调速

可逆直流调速系统

第五章

内容概要晶闸管-电动机可逆调速系统（V-M系统）；可逆直流脉宽调速系统。本章讲述：*5.1晶闸管-电动机可逆调速系统（V-M可逆系统）5.1.1晶闸管-电动机可逆调速系统的基本结构直流调速分类：通过改变电枢电压极性使电流反向实现可逆运行的系统，称为电枢可逆系统；保持电枢电压极性不变，通过改变励磁电流方向实现可逆运行的系统，称为磁场可逆系统。*1.可逆运行的实现方法

可逆运行的实现方法多种多样，不同的生产机械可根据各自的要求去选择。要求频繁快速正反转的生产机械，目前广泛采用的是两组晶闸管整流装置构成的可逆线路，如图5-1所示。*图5-1两组晶闸管供电的可逆线路*工作机理

一组供给正向电流，称为VF组，另一组供给反向电流，称为VR组。当电流方向为正时，VF工作；当电流方向为负时，VR工作。对于由两组变流装置构成的可逆线路，按接线方式不同又可分为反并联连接和交叉连接两种线路。如图5-2示。*图5-2三相桥式电枢可逆线路*2.电枢可逆系统及磁场可逆系统的比较

由晶闸管供电的直流凋速系统，直流电动机的励磁功率约为电机额定功率的3%～5%。当电机容量相当大，而且对快速性要求又不高时，才考虑采用磁场可逆系统。*5.1.2电枢可逆系统中的环流产生原因：由两组晶闸管变流装置组成的电枢可逆系统中，除了流经电枢支路的负载电流之外，还有只流经两组晶闸管变流装置之间的电流，这个电流称作环流。*

环流具有两重性：一方面它增加了晶闸管变流装置的负担，环流太大时甚至会导致晶闸管损坏，应该加以限制；另一方面，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，即使在电动机空载时也可以使晶闸管装置工作在电流连续区，避免了电流断续引起的非线性对系统静、动态性能的影响。*分类：

环流可以分为静态环流及动态环流两大类。当可逆线路在一定的控制角下稳定工作时，所出现的环流称为静态环流，静态环流又可分为直流平均环流和瞬时脉动环流。只在系统处于过渡过程中，由于晶闸管触发相位发生突然改变时出现的环流，叫做动态环流。*1.直流平均环流的处理

由于两组晶闸管变流装置输出直流平均电压不相等引起的环流称为直流平均环流。为了避免电源短路和确保不产生直流平均环流，有两种办法可循：解决方式：*一种办法是在一组晶闸管工作时，用逻辑装置封锁另一组晶闸管装置的触发脉冲，从根本上切断环流通路，这称为逻辑无环流系统。另一种办法是在一组晶闸管装置在整流状态下工作时，让另一组晶闸管装置的触发脉冲处于逆变位置，亦即工作在待逆变状态。*图5-3所示系统的移相控制特性可以避免出现直流平均环流。图5-3可逆系统的移相控制特性2.瞬时脉动环流的抑制

整流组输出电压和逆变组输出电压的瞬时值并不相等，当整流组输出电压瞬时值大于逆变组输出电压瞬时值时，便产生正向瞬时电压差，从而产生瞬时脉动环流。该环流对系统一般来说是不利的，应当加以限制。通常采用的抑制方法是在环流回路中串入环流电抗器。*5.1.3有环流可逆调速系统

在

工作制配合控制下，可逆线路中没有直流平均环流，但始终存在瞬时脉动环流，这样的系统称为有环流可逆调速系统，它又可分为自然环流系统和可控环流系统。*自然环流系统系统组成原理：1）具有正、反向转速给定信号；2）转速调节器ASR和电流调节器ACR的输出端，均应设置双向限幅装置；3）转速反馈信号

和电流反馈信号

应反映电机的转向和主回路电流的极性；*4）触发装置GTF和GTR分别向正组和反组晶闸管提供触发脉冲；5）引入环流电抗器以抑制瞬时脉动环流。*自然环流系统原理图图5-4自然环流系统原理图*

电动机正向运行时，转速给定值

为正值，经ASR使ACR输出移相控制信号

为“+”，GTF输出触发脉冲

，正组VF处于整流状态，电动机正向运转。*

与此相对应，

经反号器AR使反组触发器GTR的移相控制信号

为“-”，反组输出的触发脉冲

，且

，反组VR处于待逆变状态。由于系统在

配合控制工作制下工作，系统无直流平均环流。而系统中的脉动环流，由环流电抗器~限制。*

在实际运行中，由于读数的误差等各种干扰原因，会造成系统参量发生变化，实际系统无法绝对保证

，而可能出现

，即

，从而引起直流平均环流。为了避免这种情况发生，在系统调整时，可将初始相位角定得稍大于90

，即采用

工作机制。*可控环流系统因环流有其有利的一面，它的存在可防止晶闸管变流装置的电流断续，保证过渡特性平滑。为此又提出一种给定环流系统，即在两套晶闸管变流装置之间，保留一个较小的恒定直流环流，使电动机在轻载时电流连续、稳态特性平滑。*几种可控环流线路中以交叉反馈系统最为实用，如图5-6所示。图5-6交叉反馈可控环流系统图5-6与图5-4所示的自然环流系统的主要区别是：1）主回路采用交叉连接线路；2）在交叉反馈可控环流系统中，除了转速调节器ASR和电枢电流调节器ACR之外，还设有两个环流调节器1ALR和2ALR。*5.1.4无环流可逆调速系统1.逻辑控制无环流调速系统

逻辑控制的无环流可逆调速系统的一种典型结构如图5-7所示。*图5-7逻辑控制的无环流可逆调速系统原理图*

逻辑控制器DLC的基本任务是，根据系统工作情况的要求，发出逻辑指令：当要求电动机产生正向转矩时，开放正组脉冲，封锁反组脉冲，使正组VF工作；当要求电动机产生反向转矩时，开放反组脉冲，封锁正组脉冲，使反组VR工作。二者必居其一，决不允许两组脉冲同时开放，以确保主回路不产生环流，从而使系统正常可靠运行。工作机理*1.双极式H形可逆PWM变换器

图5-9给出了双极式H形可逆PWM变换器的电路图。所谓双极式控制方式是指在一个开关周期中，输出电压的极性会有一次变化。即5.2可逆直流脉宽调速系统（PWM可逆系统）*图5-9双极式H型PWM变换电路图*

在一个开关周期内，当0≤t≤

时，

和

为正，VT1和VT4导通；

和

为负，VT2和VT3截止。这时

，电枢电流

沿回路l流通。当

≤t≤

时，

和

变负，VT1和VT4截止；

和

变正，但电流不能立即改变方向，

将在电枢电感作用下沿回路2经VD2、VD3续流，VD2和VD3上的压降使VT2和VT3承受反压，VT2和VT3仍不能导通，这时

。电压、电流波形如图5-10所示。工作机理*图5-10双极式PWM变换器的电压电流波形*单极式可逆PWM变换器

所谓单极式控制方式是指在一个开关周期中，输出电压仅有幅值的变化而无极性的变化，图5-9所示电路可采用单极式工作制。*输出特性：（电动机正转时）（电动机反转时）*

在单极式工作制中，左边两个器件的驱动电压

，与双极式控制时一样。右边两个器件VT3和VT4的控制信号则根据电动机的转向施加不同的直流驱动信号。*3.受限单极式可逆PWM变换器

单极式变换器在减少开关损耗